一种基于机器视觉的指针式仪表示数读取方法与流程

文档序号:13672212阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种基于机器视觉的指针式仪表示数读取方法,其特征是该方法包括以下步骤:(1)通过图像采集装置获取指针式仪表示数的数字图像,将获取的数字图像送入图像处理系统进行处理;(2)使用带色彩恢复的多尺度Retinex算法处理获取的指针式仪表示数的数字图像;(3)对经步骤(2)处理后的数字图像进行透视变换处理,校正拍摄视角,使经过校正后的图像为拍摄视角垂直指针式仪表表盘所在平面所得的指针式仪表示数的数字图像;(4)在经步骤(3)处理后的数字图像中通过基本图像处理技术和Hough变换检测直线确定指针的位置;(5)在经步骤(3)处理后的数字图像中通过直角坐标到极坐标的变换和基本图像处理技术获取指针式仪表的起始刻度和终止刻度以及结合步骤(4)的处理结果,最终获取均匀刻度指针式仪表的示数;其具体操作为,首先,根据式(4-1)、(4-2)将直角坐标转换到极坐标空间,(4-1)(4-2)然后,从形态学的角度看,每一个刻度线形成了一个连通域,因此,通过刻度线自身的特征,将极坐标空间中的图像进行二值化后,寻找适当面积的连通域,并记录下这些所有的连通域,找到最左边和最右边的连通域中心,即为刻度线整体的端点,也是刻度线的起始位置和终止位置,最后,根据式(4-3)计算出指针仪表的示数RMI,(4-3)其中,Sab为指针位置和刻度线的起始位置的水平距离,Sac为刻度线的起始位置和刻度线的终止位置的水平距离,Sa是所读取指针仪表起始刻度对应的示数,Range为所读取指针仪表的终止刻度对应的示数与起始刻度对应的示数的差值。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的指针式仪表示数读取方法,其特征是步骤(2)中所述的带色彩恢复的多尺度Retinex算法的步骤为:第一步,按照式(1-1)所示的公式将高斯环绕函数与获取的指针式仪表示数的数字图像进行卷积,获得平滑的图像,作为估算的亮度图像,(1-1)(1-2)(1-3)其中,通常三个通道,为在第k个通道上的估算亮度图像,表示输入图像的第k个通道,为第k个通道的环绕函数,为第k个通道上的尺度参数,用于控制图像中有多少细节信息被保留,调整系数使得(1-3式)成立;第二步,按照式(1-4)所示的公式计算出第k个通道的色彩恢复系数,(1-4)其中:是增益常数,是受控制的非线性强度,N为总通道数;第三步,利用公式(1-5)计算出采用带色彩恢复的多尺度Retinex算法得到的反应物体本质的反射图像,(1-5)其中,G表示增益系数,b表示偏移量;系数的确定需要经过试验确定,其参考值分别如下表。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的指针式仪表示数读取方法,其特征是步骤(3)中所述的透视变换的步骤为:第一步,寻找指针式仪表四边形外边框的四个顶点,如果仪表是外形为不是四边形,在仪表的最外围装上四边形的外框,得到四个顶点的坐标;第二步,在通常情况下,图像采集装置的齐次空间坐标中的w=w’=1,根据透视变换的公式(2-1)、(2-2)、(2-3),得到式(2-4)、(2-5),再根据所得的四边形外边框四个顶点的坐标和给定的对应外边框四个顶点透视变换后对应的坐标,以及式(2-4)和式(2-5)计算透视变换矩阵中的所有参数,(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)其中,是图像在图像采集装置坐标系中的坐标,是图像在世界坐标系中的坐标,是图像在图像采集装置的齐次空间坐标系中的坐标,图像在世界齐次空间坐标系中的坐标,是世界齐次坐标空间坐标系与图像采集装置的齐次坐标空间坐标系的变换矩阵;第三步,根据式(2-1)将计算得出的透视变换矩阵作用于输入的经步骤(2)处理过的数字图像,校正图像的拍摄视角,得到拍摄视角垂直指针式仪表表盘所在平面所得的指针式仪表示数的数字图像。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的指针式仪表示数读取方法,其特征是步骤(4)中所述的确定指针位置的步骤为:首先,采用自适应阀值法将经步骤(3)校正后的图像进行二值化,得到二值图像;然后,根据Hilditch细化算法,将得到的二值化图像进行细化,得到细化图像;最后,根据Hough变换,得到细化图像中最长的直线,即为指针所在直线;其中,自适应阀值法的计算过程为:首先,选定每个像素的一个邻域窗口,此窗口的中心就是该像素;然后,找出该窗口中的最大灰度与最小灰度;最后,对二者求取平均值;结果既是选定的自适应阀值;所述的Hilditch细化算法的描述为:S1,像素(x,y)记为P0,其8-邻域的像素用Pq表示,,当完全满足以下6个条件时,把B(P0)置换成-1,条件1:P0为黑点,B(P0)=1,条件2:环绕在P0周围的8个点当中的白点个数大于等于2,小于等于6,即:条件3:从P1开始,逆时针依次考虑两个点,如果前一点为0,后一点为1,则记Ti=1;否则,记Ti=0;其中i=1,2,…,8,条件4:P1、P3、P7任意一点的值为零,条件5:P1、P3、P5任意一点的值为零;S2,对于的全部像素(x,y),使,然后,反复进行S1操作,直到的像素不存在时结束细化处理;所述的Hough变换的步骤为:第一步,在参数空间空间中创建一个二维数组,该数组相当于一个累加器;第二步,遍历整幅图像,搜索出所有的前景像素,通常为二值化后的白色像素点,每次找到一个前景像素点,便在累加器的对应位置加1;第三步,通过计算比较,求出参数空间即累加器中的最大值,其位置为;第四步,通过参数空间位置,根据找到图像空间中与其对应的直线参数,即可以得到指针直线参数。
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